JP4108806B2 - Combustion chamber structure of in-cylinder direct injection spark ignition engine - Google Patents

Combustion chamber structure of in-cylinder direct injection spark ignition engine Download PDF

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造に関するものであり、特にタンブル流を生起させるシリンダーヘッドとピストンの構造とインジェクタから噴霧される燃料の燃焼を最適化するような点火プラグとインジェクタの配置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、この種の筒内直噴式火花点火エンジンでは、成層燃焼と均一燃焼の二つの燃焼方法を選択的に切換えることが可能である。成層燃焼は、圧縮行程後半に成層化し、点火プラグの周囲に可燃混合気を形成することにより達成され、均一燃焼は、吸気行程中に噴射された燃料を吸入空気と混合させることによって達成される。
【0003】
このような成層燃焼と均一燃焼に適した燃焼室構造の一例として、本出願人は、特開平6−42352号公報において、インジェクタを燃焼室頂部中央部に垂立状に配設し、また上記インジェクタの噴射方向に対設するピストン頂面にキャビティを形成したものを提案した。さらにこの発明においては、点火プラグの電極を上記インジェクタの噴孔の近傍に臨ませている。
【0004】
この燃焼室構造によれば、成層燃焼時、点火時期直前で噴射終了した燃料噴霧の後端に点火プラグによって着火し、或いは上記ピストンキャビティに衝突して反射した混合気に着火することで、安定燃焼を得るようにしている。また、均一燃焼時には、吸気行程の比較的早い時期に噴射を開始することで、均一混合気を得ることができる。しかも、この燃焼室によれば、インジェクタが燃焼室頂部に垂立状に配設されていることで、燃料噴霧がシリンダボアの壁面に付着せず、いわゆる燃料冷却による燃焼の悪化等も防止することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、点火プラグの発火位置に可燃混合気を形成して安定燃焼させようとする場合、点火に最適な燃料噴射終了時期(BITI)は、図13に破線で示すような特性を有している。この特性線図から理解されるように、最適燃料噴射時期の燃料噴射量(エンジン負荷)に対する依存性は低く、すなわち、点火時期に対して噴射終了時期をほぼ一定に保てば良いことがわかる。
【0006】
しかし、図14に示すように、点火時期に対し燃料噴射(終了)時期を進角させる(早める)と、噴射燃料と空気の予混合が促進されるため、HCとNOxの排出量は所定進角値まで増大し、その後、徐々に減少していく。逆に点火時期に対して燃料噴射時期を遅角させる(遅らせる)と、噴射燃料の小滴が燃えるので、燃料の気化不足によって煤の発生量が増加する。なお、この煤の発生時期は、燃料噴射量の増加に従い、次第に早い噴射時期で発生する傾向にある。従って、最適噴射時期(BITE)制御において、排気ガス(煤、CO、HC、NOx等)対策の観点から、燃料噴射量(エンジン負荷)が増加するに従って噴射時期を進角させる必要がある。
【0007】
その結果、成層燃焼においては、着火性に主眼をおくBITI制御と、排気ガス対策に主眼をおくBITE制御とでは、制御領域が必然的に相違してくる。
【0008】
ところが、例えば、図15に示すような、ピストンの頂面にフラットなキャビティ1aが形成されている燃焼室構造では、燃料噴射(終了)時期を進角側に設定すると、インジェクタ2から噴射された燃料噴霧は、上記キャビティ1aに衝突して周囲に拡散されてしまう。その結果、燃料噴霧が点火プラグ3の電極3a付近まで到達せず、この電極3aの周囲に可燃混合気を形成することができず、失火、或は燃焼不良を招く。従って、このようなピストン形状のエンジンでは、点火時期近傍で噴射を終了させ、燃料噴霧の後端に着火させる必要がある。しかしながら、このように燃料噴射(終了)時期を燃料噴射量に応じて進角化させるには限界がある。
【0009】
この問題を解決するために、ピストン頂面のフラットなキャビティ1aを曲面形状に変更してインジェクタから噴射された燃料を上記キャビティの曲面に沿って巻き上げるようにすることが考えられる。この思想によれば、点火プラグの電極周囲に可燃混合気を形成することが可能となり、燃料噴射時期もある程度自由に設定することができる。しかし、この燃料噴射形状に頼る方法だと、燃料噴射時期がさらに進角された場合に、点火プラグの周囲に可燃混合気が十分に形成されなくなる。
【0010】
一般に、成層燃焼の場合、平均空燃比が理論空燃比に近づくに従って、すなわち、燃料噴射量が増加するに従い、点火プラグの電極周辺の混合気が過濃となったり気化不足が生じたりして煤、CO、HC等が発生し易くなる。そのため、成層燃焼時の平均空燃比には一定のリッチ限界がある。一方、均一燃焼でも、混合気全体が均一に混合されているため、点火不可能なリーン限界がある。
【0011】
成層燃焼は低中負荷運転に適し、一方、均一燃焼は高負荷運転に適していることが知られている。エンジン負荷は、走行中に連続的に変化するものである。さらに、筒内噴射エンジンでは空燃比はエンジン負荷に応じて可変に設定される。したがって、成層燃焼時のリッチ限界が均一燃焼時のリーン限界よりもリーン側にある場合、エンジンの運転領域が変化する度に空燃比が断続的に変化する、すなわち、運転領域が成層燃焼から均一燃焼に切換わったとき、空燃比がリッチ方向に瞬時に変化し、一方、均一燃焼から成層燃焼へ切換わったときは、空燃比がリーン方向に瞬時に変化する。
【0012】
このように、燃焼方式が切換わる度に空燃比が断続的に変化する状況では、排気エミッションが悪化し、良好なドライバビリティが得られなくなる。この状況は図13に示されている通りである。
【0013】
空燃比(吸入空気量が一定の場合)の連続性を保つために、成層燃焼時の燃料噴射量を均一燃焼時のリーン限界P3の燃料噴射量と同レベルP1に設定すると、煤の発生、及びCO増加などの不都合が生じる。一方、燃焼方式が成層燃焼から均一燃焼に切換わるときに燃料噴射量をこのような不都合を回避するリッチ限界P2に設定すれば、燃料噴射量がP2からいきなりP3に増加してしまい、エンジン負荷に対するエンジン出力の連続性が保たれなくなる。
【0014】
一方、燃費及び排気エミッションの一層の改善を図るために高負荷領域へ成層燃焼を拡大することを考えると、燃料噴射時期を圧縮行程初期まで早める必要がある。この場合、燃料噴霧が拡散され、その一部がピストンキャビティからはみ出して消炎層となり未燃HCの排出量が増大するばかりでなく、シリンダライナに付着した燃料が液化しオイルダイリューションを生起する。
【0015】
本発明はこれらの従来例の不都合を回避することを意図するものである。
本発明の目的は、成層燃焼時の噴射終了時期をエミッションの悪化を招くことなく燃料噴射量に応じて広範囲に設定することができ、常に安定した着火性能が得られる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することである。
【0016】
本発明の更なる目的は、成層燃焼から均一燃焼への切換え時におけるエンジン負荷の連続性を確保して良好なドライバビリティを得ることのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することである。
【0017】
本発明の別の目的は、成層燃焼を高負荷領域まで拡大し、燃費及び排気エミッションの一層の改善を図ることのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明による第一の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造は、
燃焼室のルーフに開口されている吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
吸気ポートが排気ポート側のルーフに沿って吸気タンブル流を形成するように、上記排気ポート側のルーフへ傾斜し或いは排気ポート側のルーフと平行に配設され、
ピストンの頂面にインジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに吸気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって吸気タンブル流及びピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴としている。
【0019】
本発明による第二の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造は、
燃焼室のルーフに開口する吸気ポートを通過して供給される吸気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
燃焼室のルーフに開口されている吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
吸気ポートが吸気をピストンへ直接衝突させて吸気タンブル流を形成するようにシリンダの軸線に対して第二の傾斜角だけ傾斜され、
ピストンの頂面にインジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに排気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって吸気タンブル流及びピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴としている。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1から図7に、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室の例を示す。この例は4バルブDOHCエンジンの燃焼室を示す。これらの図において、符号11はシリンダ、符号12はシリンダヘッド、符号13はピストンを示し、符号14は上死点に位置したピストン13の頂面13aとシリンダ11の内壁とシリンダヘッド12の底面によって形成される燃焼室を示す。
【0021】
シリンダヘッド12の底面には内面凹部12aが形成されている。この実施の形態において内面凹部12aはペントルーフ形である。シリンダ中央(ラインA)からわずかに離間して内面凹部12aの頂部12bが形成されている。インジェクタ15はその噴孔15aが燃焼室14内に臨んだ状態で頂部12bの中央付近に配置されている。内面凹部12aの吸気側ペントルーフ12cのインジェクタ15を挟む両側に吸気ポート16が各々設けられ、内面凹部12aの排気側ペントルーフ12dのインジェクタ15を挟む両側に排気ポート17が各々設けられている。さらに、ペントルーフ12c、12dの底面にスキッシュエリア18が形成されている。
【0022】
さらに、吸気ポート16と排気ポート17に吸気バルブ21と排気バルブ22が各々設けられている。吸気バルブ21は吸気カム19により駆動され、排気バルブ22は排気カム20により駆動される。図1に示すように、吸気ポートはストレート形状であり、排気側ペントルーフ12dの延長線LEXに平行に延び、又は、延長線LEXに対して上方に鋭角γで傾いている。鋭角γは0から15度の範囲内であるのが望ましい。さらに、吸気ポート16はシリンダ11の垂直軸に対して傾斜角θ(0から20度の範囲が望ましい)を有する。吸入空気はこのように構成された吸気ポート16を通って吸入され、排気側ペントルーフ面12dに沿って燃焼室14に流れ込み、図1に示すように燃焼室14内で反時計回りに廻るタンブル流を生起する。
【0023】
さらに、この実施の形態では、より効果的な燃料噴射を得るようシリンダ11の垂線に対して直線Bで示されているインジェクタ15の中心線は、傾斜角度α(図面上で反時計回り)で排気ポート17に向かって傾斜している。
【0024】
ピストン13の頂面13aに曲面形状のキャビティ13bが形成されている。キャビティ13bは、曲面形状の表面に沿ってタンブル流を導き、そのタンブル流を吸気側ペントルーフ12cの方向へ円滑に巻き上げる形状と位置に形成されている。図3に一点斜線で示したように、キャビティ13bはインジェクタ15の真下で、排気ポート17側に少しオフセットした位置に配置されている。
【0025】
点火プラグ23の電極23aは、キャビティ13bによって反射されたタンブル流にぶつかるよう、そして、燃料が噴射されたとき燃料噴霧に臨まされるように、吸気側ペントルーフ12cの吸気ポート16の間に突出している。
【0026】
一般に、タンブル流の強さを数字的に表すためにタンブル比という専門的な用語がある。タンブル比はクランクシャフト1回転あたりの吸入空気の回転量であり、吸入ポート16の傾斜角、燃焼室14の形状、ピストン13の形状等のような様々な要因により決定される。この実施の形態において、タンブル比は主に吸入ポート16の傾斜角とピストン13のキャビティ13bの位置と曲率により決定されている。実験により、タンブル比は0.5から1.7の範囲が最も望ましい結果を生じるということを発見している。タンブル比が0.5以下では、圧縮行程前にタンブル流が減衰し、混合気を形成することに失敗する。一方、タンブル比が1.7以上では、タンブル流が強く、ピストン13のキャビティ13bから巻き上がった吸入空気がシリンダ壁に向かって広がり、結果的に噴射された燃料噴霧は、散乱しているタンブル流により拡散し、可燃混合気が点火プラグ23の電極23aの周りに形成されない。したがって、タンブル比は0.5から1.7の範囲に設定されることが望ましい。
【0027】
さらに、実験により、傾斜角αが20度から−5度、鋭角γが0度から15度の組合わせが、タンブル流の形成に最も望ましい効果を与えることが分かった。さらに、キャビティ13bの大きさと位置に対しては、その直径d(ミリメータ)が以下の式のとき最も望ましい結果を生じることが分かった。
d=D×0.5−k
ここで、Dはピストンの直径(ミリメータ)、kは0から5の範囲の定数である。その深さとシリンダ軸からのオフセット量は、それぞれ5から10、0から5ミリメータの範囲の値が用いられる。
【0028】
次に、このように形成された燃焼室の作用を説明する。
極低負荷での成層燃焼では、エンジンがBITIコントロールで操作され、確実な燃焼が得られる。この場合、最良な燃料噴射時期は点火時期付近にセットされ、燃料噴霧自体が点火プラグ23の電極23a付近に混合気を作り、この混合気が点火時期で点火される。極低負荷で、ガス流動は大変遅く、このため、混合気はピストンキャビティ13bの形状に影響されることはない。
【0029】
さらに、一定速度走行(R/L負荷)相当でのBITE制御は、図8に示すように、インジェクタはBITI制御よりも早期に噴射終了となる。このため、噴射後期における燃料噴霧は、ピストンキャビティ13bに衝突し、そして燃料噴霧の流れはそこから巻き上がる。すなわち、可燃混合気は、図5に示すように、点火プラグ13の電極13bの周りに形成される。図8における一点鎖線bは平らな表面のピストンの場合と同様の時期で噴射された燃料の着火性を示している(図15参照)。平らな表面のピストンの場合、燃料噴霧が上方に巻き上げられることなくシリンダボア方向に拡散し、その結果、可燃混合気は点火プラグ23の電極23aの周りに形成されない。したがって、この場合のBITE制御は、燃焼が悪化するため行われない。
【0030】
さらに、加速負荷時のBITE制御では、図8に示すように、燃料噴射終了時期はより進角側になる。この場合において、早期の噴射時期は燃料噴霧の拡散又は気化を助長する。図6はピストンキャビティ13bの表面全般に混合気が横たわっている燃焼室の例を示す。この状態でタンブル流が与えられると、これらの混合気は点火プラグ23の電極23aに向かって巻き上がり、ちょうど点火されるときに可燃混合気が電極23bの周りに形成される。すなわち、図8に示すように、BITE制御は、加速相当時の点火が早期に行われる場合でさえも可能となる。本実施の形態において、燃焼は遅角側の失火限界(a)から進角側の失火限界(d)までの広い範囲で確実に維持される。失火限界(a)は、限界線であり、限界線の左側は噴射時期を点火時期に近づけたことによる失火、すなわち、燃料噴霧により点火プラグ23の放電路が切断されることを起因とする失火を引き起こす範囲を示す。
【0031】
図10は、平らな頂面のピストンと曲面形状のキャビティを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特性の比較データである。
【0032】
比較データより理解されるように、曲面形状のキャビティを持つピストンの場合、燃料噴射終了時期を進角側に設定しても、かなり進角させない限り燃焼に悪影響を与えない。この場合、燃料噴射時期を広範囲に設定することができる。一方、平らな頂面のピストンの場合、燃料噴射終了時期を進角側に設定すると、点火プラグ23の電極23aの周りに混合気が形成されないため、悪い燃焼又は失火を引き起こす。したがって、この場合における燃料噴射終了時期の選択可能範囲は狭いものとなる。
【0033】
図11について言及すると、これらの図はタンブル流の回転方向とタンブル比に対する燃焼又は排気ガスの特性の違いを示す。
【0034】
本実施の形態の回転方向とこれの逆回転を比較すると、逆回転方向を持つタンブル流は、点火プラグの電極に対して反対方向に燃料噴霧を巻き上げるため、着火性の点で劣っていることが証明された。この傾向は、燃料噴射がより早くなるほど、より顕著なものとなる。タンブル比の影響に対しては、タンブル比に特定の最適値が存在することが証明された。実験によると、本実施の形態で用いた燃焼室とピストンの形状において、タンブル比の最適値は1.0であることが証明された。さらに、確実な点火はタンブル比0.5から1.7の範囲において得られることが証明された。すなわち、タンブル比が0.5以下ならば、タンブル流は圧縮行程に達する前に減衰し、混合気の形成に用いられない。さらに、タンブル比が2.0以上ならば、タンブル流が強いため燃料噴霧が拡散し、その結果、可燃混合気が点火プラグの電極の周りに形成されない。
【0035】
図9は、BITE制御が行われた時の燃料噴射時期に対する運転可能な空燃比の範囲を斜線部を付して示している。各運転可能な範囲での空燃比の範囲と燃料噴射終了時期は、燃料噴霧による放電路の切断、煤の生成、燃焼変動等のような様々な限界によって決定される。この図から理解されるように、運転可能領域内における空燃比と燃料噴射終了時期により、エンジンの着火性および燃焼性に悪影響を与えることなく、成層燃焼から均一燃焼の範囲に及んで、BITE制御が保持され、空燃比が連続的に変化され得る。
【0036】
図12は本発明の実施の第二形態を示す。
この第二形態では、点火プラグ23が吸気ポート16側から排気ポート17側へ配置変えされ、その電極23aが二つの排気バルブ22の間から燃焼室14内へ突出している。この場合、シリンダ軸に対する吸気ポート16の傾斜角度θ(図面上で時計回り)を前記第一形態よりも狭角に設計したことにより、タンブル流は前記第一形態と逆方向、すなわち、この図面上で示されるように時計回りに生起される。傾斜角θは、好ましくは、0から20度の範囲に設定される。すなわち、吸気ポート16から燃焼室14内へ流入する空気流が最初にピストン13の頂面13aに衝突し、その後、ピストン13のピストンキャビティ13bによりタンブル流が生成される。タンブル流は、ピストンキャビティ13bから排気側ペントルーフ面12d方向へ巻き上がる。インジェクタ15から噴射された燃料噴霧はタンブル流に衝突し、そこに混合気を形成する。本形態においては、インジェクタは、より効果的な燃料噴霧を得るように若干吸気ポート16の方へ傾斜角αだけ傾斜されている。本形態において、インジェクタ15の傾斜角αは、好ましくは0〜20度の範囲にある。このように、可燃混合気が点火プラグ23の電極23aの周囲に形成される。
【0037】
前記第一形態に対し、点火プラグ23を排気ポート側に配設することで、吸気バルブの大径化を図ることができるという利点がある。また、本形態においても、タンブル比を0.5〜1.7の範囲の値に設定することが望ましい。
【0038】
ここでは本発明の好ましい形態が開示されたが、これらの開示は例示であり、発明の範囲を越えることなく種々の変更や修正を施すことが可能である。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第一形態によれば、燃焼室内に導かれた吸入空気は排気ポート側のペントルーフ面に沿って運ばれ、そしてピストン上面の曲面形状のピストンキャビティに衝突した後、タンブル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。一方、第二形態によれば、吸入空気は燃焼室内に導かれ、そして曲面形状のピストンキャビティに直接衝突した後、タンブル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。噴射時期が比較的遅い場合、すなわち、点火時期と比較的近い場合(成層燃焼領域)、混合気が噴霧された燃料自体によって点火プラグの電極近傍に形成され、点火プラグによって着火される。噴射時期が比較的早い場合、すなわち、点火時期から比較的離れている場合(成層燃焼領域)、噴霧された燃料はピストンキャビティにより反射され、反射された燃料噴霧は点火プラグの電極周辺に混合気を形成する。その後、その混合気は所定の点火時期に着火される。噴射時期がさらに早い場合(この領域では、先に成層燃焼が生じ、次いで均一燃焼が生ずる)、噴霧された燃料はピストンキャビティ内にトラップされ、このトラップされた燃料は上昇するタンブル流と混合し、そしてこの混合気が点火プラグの電極近傍へ到達する。その後、この混合気は所定の点火時期に着火される。成層燃焼から均一燃焼への切換えは連続的になされる。このように、エンジンのすべての運転状態において、安定した着火性と安定した燃焼性能が得られる。この安定した燃焼は許容以上のHC,CO,NOx等の排気エミッションの抑制と燃費の向上をもたらし、成層燃焼を高負荷領域まで拡大することを許容するとともに、成層燃焼から均一燃焼への切換えを滑らかにして良好なドライバビリティを提供することができる。
【0040】
さらに、エンジン1回転あたりのタンブル流の回転数を0.5〜1.7とすることによって、圧縮行程中のタンブル流が減衰されず、しかも燃料が拡散することもなく、可燃混合気が点火プラグの電極周辺に形成される。
【0041】
第一形態によれば、図1、2、7における矢印は、吸気管16と燃焼室14の上面からピストン13のキャビティ13bへ導かれる空気流を示し、タンブル流は反時計回りに生じている。そのため、流入空気は上方側から噴射された燃料と効果的に混合する。
【0042】
第二の形態によれば、図12における矢印は燃焼室内、すなわちピストン13のキャビティ13b内へ流入した空気を示している。タンブル流は時計回りに生ずる。そのため、流入した空気は上方側から噴射された燃料と効果的に混合され、最適な燃焼のために点火プラグ23の電極23aによって効率的に着火される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第一形態における筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室を示す概略図
【図2】本発明の実施の第一形態の燃焼室の構造を示す側面図
【図3】本発明の実施の第一形態の燃焼室の平面図
【図4】図1の燃焼室内において、点火時期直前の燃料噴霧挙動を示す側面図
【図5】図1の燃焼室内において、ピストンキャビティ上へ衝突した燃焼噴霧挙動を示す側面図
【図6】図1の燃焼室内において、加速中にタンブル流がないときの燃料噴霧挙動を示す側面図
【図7】図1の燃焼室内において、加速中にタンブル流が生ずるときの燃料噴霧挙動を示す側面図
【図8】燃焼安定性と噴射時期との関係を示す特性図
【図9】運転可能領域と最適噴射時期との関係を示す特性図
【図10】平らな頂面のピストンと曲面形状のキャビティを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特性の比較データ
【図11】タンブル流の回転方向とタンブル比に対する燃焼又は排気ガスの特性の違いを示す比較データ
【図12】本発明の実施の第二形態における燃焼室を示す概略図
【図13】先行技術における燃料噴射終了時期と燃料噴射量との関係を示す特性図
【図14】エミッション排出量と燃料噴射時期との関係を示す特性図
【図15】先行技術における筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室を示す概略図
【符号の説明】
12b 燃焼室頂部
12c 吸気側ペントルーフ面
12d 排気側ペントルーフ面
13a ピストン頂面
13b キャビティ
14 燃焼室
15 インジェクタ
16 吸気ポート
23 点火プラグ
23a 電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion chamber structure of an in-cylinder direct injection spark ignition engine, and in particular, a structure of a cylinder head and a piston for generating a tumble flow, and an ignition plug for optimizing the combustion of fuel sprayed from an injector. This relates to the placement of the injector.
[0002]
[Prior art]
Generally, in this type of in-cylinder direct injection spark ignition engine, it is possible to selectively switch between two combustion methods, stratified combustion and uniform combustion. Stratified combustion is achieved by stratifying in the second half of the compression stroke and forming a combustible mixture around the spark plug, and uniform combustion is achieved by mixing fuel injected during the intake stroke with intake air. .
[0003]
As an example of such a combustion chamber structure suitable for stratified combustion and uniform combustion, the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-42352 that the injector is disposed vertically in the center of the top of the combustion chamber. A piston with a cavity formed on the top surface of the piston facing the injection direction of the injector was proposed. Furthermore, in the present invention, the electrode of the spark plug faces the vicinity of the injection hole of the injector.
[0004]
According to this combustion chamber structure, at the time of stratified combustion, the rear end of the fuel spray that has been injected just before the ignition timing is ignited by the ignition plug, or the air-fuel mixture reflected by colliding with the piston cavity is ignited, thereby stabilizing Try to get burning. Moreover, at the time of uniform combustion, a uniform air-fuel mixture can be obtained by starting injection at a relatively early stage of the intake stroke. In addition, according to this combustion chamber, the fuel spray does not adhere to the wall surface of the cylinder bore because the injector is disposed vertically on the top of the combustion chamber, so that deterioration of combustion due to so-called fuel cooling is prevented. Can do.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a combustible air-fuel mixture is formed at the ignition position of the spark plug and stable combustion is to be performed, the optimal fuel injection end timing (BITI) for ignition has a characteristic as shown by a broken line in FIG. . As understood from this characteristic diagram, it is understood that the dependence of the optimal fuel injection timing on the fuel injection amount (engine load) is low, that is, it is only necessary to keep the injection end timing substantially constant with respect to the ignition timing. .
[0006]
However, as shown in FIG. 14, when the fuel injection (end) timing is advanced (accelerated) with respect to the ignition timing, the premixing of the injected fuel and air is promoted, so the HC and NOx emissions are increased by a predetermined amount. It increases to the angle value and then gradually decreases. Conversely, if the fuel injection timing is retarded (retarded) with respect to the ignition timing, the droplets of injected fuel burn, and so the amount of soot increases due to insufficient vaporization of the fuel. It should be noted that the generation time of this soot tends to occur at an earlier injection timing as the fuel injection amount increases. Therefore, in the optimal injection timing (BITE) control, it is necessary to advance the injection timing as the fuel injection amount (engine load) increases from the viewpoint of measures against exhaust gases (soot, CO, HC, NOx, etc.).
[0007]
As a result, in the stratified combustion, the control range is inevitably different between the BITI control that focuses on ignitability and the BITE control that focuses on exhaust gas countermeasures.
[0008]
However, in the combustion chamber structure in which the flat cavity 1a is formed on the top surface of the piston as shown in FIG. 15, for example, when the fuel injection (end) timing is set to the advance side, the fuel is injected from the injector 2. The fuel spray collides with the cavity 1a and is diffused around. As a result, the fuel spray does not reach the vicinity of the electrode 3a of the spark plug 3, and a combustible air-fuel mixture cannot be formed around the electrode 3a, resulting in misfire or poor combustion. Therefore, in such a piston-shaped engine, it is necessary to end the injection near the ignition timing and ignite the rear end of the fuel spray. However, there is a limit to advance the fuel injection (end) timing according to the fuel injection amount.
[0009]
In order to solve this problem, it is conceivable to change the flat cavity 1a on the top surface of the piston into a curved surface so as to wind up the fuel injected from the injector along the curved surface of the cavity. According to this concept, it becomes possible to form a combustible air-fuel mixture around the electrode of the spark plug, and the fuel injection timing can be set freely to some extent. However, according to this method that relies on the fuel injection shape, when the fuel injection timing is further advanced, the combustible air-fuel mixture is not sufficiently formed around the spark plug.
[0010]
In general, in the case of stratified combustion, as the average air-fuel ratio approaches the stoichiometric air-fuel ratio, that is, as the fuel injection amount increases, the air-fuel mixture around the spark plug electrode becomes excessively concentrated or insufficiently vaporized. , CO, HC, etc. are likely to occur. Therefore, the average air-fuel ratio at the time of stratified combustion has a certain rich limit. On the other hand, even with uniform combustion, the entire air-fuel mixture is uniformly mixed, so there is a lean limit that cannot be ignited.
[0011]
It is known that stratified combustion is suitable for low and medium load operation, while uniform combustion is suitable for high load operation. The engine load changes continuously during traveling. Further, in the cylinder injection engine, the air-fuel ratio is variably set according to the engine load. Therefore, if the rich limit at the time of stratified combustion is leaner than the lean limit at the time of uniform combustion, the air-fuel ratio changes intermittently every time the engine operating range changes, that is, the operating range is uniform from stratified combustion. When switching to combustion, the air-fuel ratio changes instantaneously in the rich direction, and when switching from uniform combustion to stratified combustion, the air-fuel ratio changes instantaneously in the lean direction.
[0012]
Thus, in a situation where the air-fuel ratio changes intermittently every time the combustion system is switched, exhaust emission deteriorates and good drivability cannot be obtained. This situation is as shown in FIG.
[0013]
In order to maintain the continuity of the air-fuel ratio (when the intake air amount is constant), if the fuel injection amount at the time of stratified combustion is set to the same level P1 as the fuel injection amount of the lean limit P3 at the time of uniform combustion, generation of soot, Inconvenience such as CO increase occurs. On the other hand, if the fuel injection amount is set to the rich limit P2 that avoids such inconvenience when the combustion system is switched from stratified combustion to uniform combustion, the fuel injection amount suddenly increases from P2 to P3, and the engine load increases. The continuity of engine output with respect to will not be maintained.
[0014]
On the other hand, in consideration of expanding stratified combustion to a high load region in order to further improve fuel consumption and exhaust emission, it is necessary to advance the fuel injection timing to the beginning of the compression stroke. In this case, the fuel spray is diffused, and a part of the fuel spills out of the piston cavity to become a flame extinguishing layer, not only increasing the amount of unburned HC, but also the fuel adhering to the cylinder liner liquefies and causes oil dilution. .
[0015]
The present invention is intended to avoid the disadvantages of these conventional examples.
An object of the present invention is to provide an in-cylinder direct-injection spark ignition engine that can set a wide range of injection end timings during stratified combustion in accordance with the fuel injection amount without incurring emission deterioration, and can always obtain stable ignition performance. It is to provide a combustion chamber structure.
[0016]
A further object of the present invention is to provide a combustion chamber structure of a direct injection type spark ignition engine capable of ensuring good drivability by ensuring continuity of the engine load when switching from stratified combustion to uniform combustion. That is.
[0017]
Another object of the present invention is to provide a combustion chamber structure for an in-cylinder direct injection spark ignition engine that can expand stratified combustion to a high load region and further improve fuel efficiency and exhaust emission.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The combustion chamber structure of the first in-cylinder direct injection spark ignition engine according to the present invention is:
Between the intake port and the exhaust port opened in the roof of the combustion chamber, an injector inclined by a first inclination angle toward the exhaust port side with respect to the axis of the cylinder is disposed,
Inclined to the exhaust port side roof or arranged in parallel with the exhaust port side roof so that the intake port forms an intake tumble flow along the exhaust port side roof,
A curved piston cavity is formed on the top surface of the piston to reflect the fuel spray injected from the injector along with the intake tumble flow toward the roof on the intake port side,
A spark plug is arranged on the roof on the intake port side,
The electrode of the spark plug is located near the injection hole of the injector and faces the outflow position of the fuel spray reflected by the intake tumble flow and the piston cavity.
[0019]
The combustion chamber structure of the second in-cylinder direct injection spark ignition engine according to the present invention is:
In the combustion chamber structure of an in-cylinder direct injection spark ignition engine that generates a tumble flow in the intake air supplied through the intake port that opens to the roof of the combustion chamber,
Between the intake port and the exhaust port opened in the roof of the combustion chamber, an injector inclined by a first inclination angle toward the exhaust port side with respect to the axis of the cylinder is disposed,
The intake port is inclined by a second inclination angle relative to the cylinder axis so that the intake air directly collides with the piston to form an intake tumble flow;
A curved piston cavity is formed on the top surface of the piston to reflect the fuel spray injected from the injector along with the intake tumble flow toward the exhaust port side roof,
A spark plug is arranged on the roof on the intake port side,
The electrode of the spark plug is located near the injection hole of the injector and faces the outflow position of the fuel spray reflected by the intake tumble flow and the piston cavity.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 to FIG. 7 show examples of combustion chambers of an in-cylinder direct injection spark ignition engine. This example shows the combustion chamber of a 4-valve DOHC engine. In these drawings, reference numeral 11 denotes a cylinder, reference numeral 12 denotes a cylinder head, reference numeral 13 denotes a piston, and reference numeral 14 denotes a top surface 13 a of the piston 13 located at the top dead center, an inner wall of the cylinder 11, and a bottom surface of the cylinder head 12. The combustion chamber formed is shown.
[0021]
An inner surface recess 12 a is formed on the bottom surface of the cylinder head 12. In this embodiment, the inner surface recess 12a has a pent roof shape. A top portion 12b of the inner surface recess 12a is formed slightly spaced from the center of the cylinder (line A). The injector 15 is disposed in the vicinity of the center of the top portion 12b with the injection hole 15a facing the combustion chamber. An intake port 16 is provided on each side of the inner surface recess 12a sandwiching the injector 15 of the intake side pent roof 12c, and an exhaust port 17 is provided on each side of the inner surface recess 12a sandwiching the injector 15 of the exhaust side pent roof 12d. Further, a squish area 18 is formed on the bottom surfaces of the pent roofs 12c and 12d.
[0022]
Further, an intake valve 21 and an exhaust valve 22 are respectively provided in the intake port 16 and the exhaust port 17. The intake valve 21 is driven by the intake cam 19, and the exhaust valve 22 is driven by the exhaust cam 20. As shown in FIG. 1, the intake port has a straight shape and extends in parallel with the extension line LEX of the exhaust side pent roof 12d, or is inclined upward at an acute angle γ with respect to the extension line LEX. The acute angle γ is preferably in the range of 0 to 15 degrees. Further, the intake port 16 has an inclination angle θ (preferably in the range of 0 to 20 degrees) with respect to the vertical axis of the cylinder 11. The intake air is sucked through the intake port 16 configured in this way, flows into the combustion chamber 14 along the exhaust side pent roof surface 12d, and flows in a counterclockwise direction in the combustion chamber 14 as shown in FIG. Occur.
[0023]
Further, in this embodiment, the center line of the injector 15 indicated by the straight line B with respect to the perpendicular of the cylinder 11 is inclined at an inclination angle α (counterclockwise in the drawing) in order to obtain more effective fuel injection. Inclined toward the exhaust port 17.
[0024]
A curved cavity 13 b is formed on the top surface 13 a of the piston 13. The cavity 13b is formed in a shape and position that guides the tumble flow along the curved surface and smoothly winds the tumble flow toward the intake side pent roof 12c. As indicated by the one-dot oblique line in FIG. 3, the cavity 13 b is disposed at a position slightly offset toward the exhaust port 17, just below the injector 15.
[0025]
The electrode 23a of the spark plug 23 protrudes between the intake ports 16 of the intake side pent roof 12c so as to hit the tumble flow reflected by the cavity 13b and to be exposed to fuel spray when the fuel is injected. Yes.
[0026]
In general, there is a technical term called tumble ratio to express the strength of the tumble flow numerically. The tumble ratio is the amount of rotation of intake air per crankshaft rotation, and is determined by various factors such as the inclination angle of the intake port 16, the shape of the combustion chamber 14, the shape of the piston 13, and the like. In this embodiment, the tumble ratio is mainly determined by the inclination angle of the suction port 16, the position of the cavity 13b of the piston 13, and the curvature. Experiments have found that a tumble ratio in the range of 0.5 to 1.7 produces the most desirable results. When the tumble ratio is 0.5 or less, the tumble flow is attenuated before the compression stroke, and the formation of the air-fuel mixture fails. On the other hand, when the tumble ratio is 1.7 or more, the tumble flow is strong, the intake air that has been wound up from the cavity 13b of the piston 13 spreads toward the cylinder wall, and as a result, the injected fuel spray is scattered tumble. Due to the flow, the combustible mixture is not formed around the electrode 23 a of the spark plug 23. Therefore, the tumble ratio is desirably set in the range of 0.5 to 1.7.
[0027]
Furthermore, experiments have shown that a combination of an inclination angle α of 20 ° to −5 ° and an acute angle γ of 0 ° to 15 ° has the most desirable effect on the formation of a tumble flow. Furthermore, for the size and position of the cavity 13b, it has been found that the most desirable result is obtained when its diameter d (millimeter) is
d = D × 0.5−k
Here, D is the diameter (millimeter) of the piston, and k is a constant in the range of 0 to 5. As the depth and the offset amount from the cylinder axis, values in the range of 5 to 10, 0 to 5 millimeters are used, respectively.
[0028]
Next, the operation of the combustion chamber thus formed will be described.
In stratified combustion at an extremely low load, the engine is operated with BITI control, and reliable combustion is obtained. In this case, the best fuel injection timing is set near the ignition timing, and the fuel spray itself creates an air-fuel mixture near the electrode 23a of the spark plug 23, and this air-fuel mixture is ignited at the ignition timing. At an extremely low load, the gas flow is very slow, so that the air-fuel mixture is not affected by the shape of the piston cavity 13b.
[0029]
Further, in the BITE control corresponding to the constant speed running (R / L load), as shown in FIG. 8, the injector finishes the injection earlier than the BITI control. For this reason, the fuel spray in the latter stage of injection collides with the piston cavity 13b, and the flow of the fuel spray is wound up from there. That is, the combustible air-fuel mixture is formed around the electrode 13b of the spark plug 13 as shown in FIG. The dashed-dotted line b in FIG. 8 has shown the ignitability of the fuel injected at the same time as the case of the flat surface piston (refer FIG. 15). In the case of a flat surface piston, the fuel spray diffuses in the cylinder bore direction without being rolled up, so that no combustible mixture is formed around the electrode 23a of the spark plug 23. Therefore, the BITE control in this case is not performed because combustion deteriorates.
[0030]
Furthermore, in the BITE control at the time of acceleration load, as shown in FIG. 8, the fuel injection end timing is further advanced. In this case, the early injection timing promotes the diffusion or vaporization of the fuel spray. FIG. 6 shows an example of a combustion chamber in which the air-fuel mixture lies on the entire surface of the piston cavity 13b. When a tumble flow is applied in this state, these air-fuel mixtures roll up toward the electrode 23a of the spark plug 23, and a combustible air-fuel mixture is formed around the electrode 23b when just ignited. That is, as shown in FIG. 8, BITE control is possible even when ignition corresponding to acceleration is performed early. In the present embodiment, combustion is reliably maintained in a wide range from the retarded misfire limit (a) to the advanced misfire limit (d). The misfire limit (a) is a limit line, and the left side of the limit line is misfire caused by bringing the injection timing close to the ignition timing, that is, misfire caused by cutting the discharge path of the spark plug 23 by fuel spray. The range that causes
[0031]
FIG. 10 is a comparison data of combustion or exhaust gas characteristics between a piston having a flat top surface and a piston having a curved cavity.
[0032]
As can be understood from the comparison data, in the case of a piston having a curved cavity, even if the fuel injection end timing is set to the advance side, combustion is not adversely affected unless it is advanced considerably. In this case, the fuel injection timing can be set in a wide range. On the other hand, in the case of a piston with a flat top surface, if the fuel injection end timing is set to the advance side, an air-fuel mixture is not formed around the electrode 23a of the spark plug 23, causing bad combustion or misfire. Accordingly, the selectable range of the fuel injection end timing in this case is narrow.
[0033]
Referring to FIG. 11, these diagrams show the difference in combustion or exhaust gas characteristics with respect to tumble flow rotation direction and tumble ratio.
[0034]
Comparing the rotation direction of the present embodiment and the reverse rotation thereof, the tumble flow having the reverse rotation direction is inferior in terms of ignitability because the fuel spray is wound up in the opposite direction to the electrode of the spark plug. Proved. This tendency becomes more prominent as the fuel injection becomes earlier. For the influence of the tumble ratio, it has been proved that there exists a specific optimum value for the tumble ratio. According to experiments, it has been proved that the optimum value of the tumble ratio is 1.0 in the shape of the combustion chamber and the piston used in the present embodiment. Furthermore, it has been proved that reliable ignition can be obtained in the tumble ratio range of 0.5 to 1.7. That is, if the tumble ratio is 0.5 or less, the tumble flow is attenuated before reaching the compression stroke and is not used to form the air-fuel mixture. Furthermore, if the tumble ratio is 2.0 or more, the fuel spray is diffused because the tumble flow is strong, and as a result, a combustible mixture is not formed around the electrode of the spark plug.
[0035]
FIG. 9 shows the range of the operable air-fuel ratio with respect to the fuel injection timing when the BITE control is performed, with hatched portions. The air-fuel ratio range and fuel injection end timing within each operable range are determined by various limits such as cutting of the discharge path by fuel spray, generation of soot, combustion fluctuation, and the like. As can be seen from this figure, the BITE control extends from the stratified combustion to the uniform combustion range without adversely affecting the ignitability and combustibility of the engine by the air-fuel ratio in the operable range and the fuel injection end timing. Is maintained, and the air-fuel ratio can be continuously changed.
[0036]
FIG. 12 shows a second embodiment of the present invention.
In this second embodiment, the ignition plug 23 is rearranged from the intake port 16 side to the exhaust port 17 side, and its electrode 23 a projects into the combustion chamber 14 from between the two exhaust valves 22. In this case, since the inclination angle θ (clockwise in the drawing) of the intake port 16 with respect to the cylinder axis is designed to be narrower than the first embodiment, the tumble flow is in the opposite direction to the first embodiment, that is, this drawing. Wake up clockwise as shown above. The inclination angle θ is preferably set in the range of 0 to 20 degrees. That is, the air flow flowing into the combustion chamber 14 from the intake port 16 first collides with the top surface 13 a of the piston 13, and then a tumble flow is generated by the piston cavity 13 b of the piston 13. The tumble flow winds up from the piston cavity 13b toward the exhaust side pent roof surface 12d. The fuel spray injected from the injector 15 collides with the tumble flow and forms an air-fuel mixture there. In this embodiment, the injector is slightly inclined toward the intake port 16 by the inclination angle α so as to obtain a more effective fuel spray. In this embodiment, the inclination angle α of the injector 15 is preferably in the range of 0 to 20 degrees. In this way, a combustible mixture is formed around the electrode 23a of the spark plug 23.
[0037]
The first embodiment has an advantage that the diameter of the intake valve can be increased by disposing the spark plug 23 on the exhaust port side. Also in this embodiment, it is desirable to set the tumble ratio to a value in the range of 0.5 to 1.7.
[0038]
Although preferred embodiments of the present invention have been disclosed herein, these disclosures are merely examples, and various changes and modifications can be made without exceeding the scope of the invention.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the intake air guided into the combustion chamber is carried along the pent roof surface on the exhaust port side and after colliding with the curved piston cavity on the upper surface of the piston. The tumble flow is wound up near the electrode of the spark plug. On the other hand, according to the second embodiment, the intake air is guided into the combustion chamber, and after directly colliding with the curved piston cavity, the tumble flow is wound up near the electrode of the spark plug. When the injection timing is relatively late, that is, when it is relatively close to the ignition timing (stratified combustion region), the air-fuel mixture is formed in the vicinity of the spark plug electrode by the sprayed fuel itself and ignited by the spark plug. When the injection timing is relatively early, that is, when it is relatively far from the ignition timing (stratified combustion region), the sprayed fuel is reflected by the piston cavity, and the reflected fuel spray is mixed around the electrode of the spark plug. Form. Thereafter, the air-fuel mixture is ignited at a predetermined ignition timing. If the injection timing is earlier (in this region, stratified combustion occurs first, followed by uniform combustion), the sprayed fuel is trapped in the piston cavity, and this trapped fuel mixes with the rising tumble flow. The air-fuel mixture reaches the vicinity of the spark plug electrode. Thereafter, the air-fuel mixture is ignited at a predetermined ignition timing. Switching from stratified combustion to uniform combustion is made continuously. Thus, stable ignitability and stable combustion performance can be obtained in all operating states of the engine. This stable combustion results in suppression of exhaust emissions such as HC, CO, NOx, etc. exceeding the allowable range and improvement in fuel efficiency, allows stratified combustion to be expanded to a high load range, and switches from stratified combustion to uniform combustion. Smooth and good drivability can be provided.
[0040]
Furthermore, by setting the rotational speed of the tumble flow per engine revolution to 0.5 to 1.7, the tumble flow during the compression stroke is not attenuated and the fuel is not diffused, and the combustible mixture is ignited. It is formed around the electrode of the plug.
[0041]
According to the first embodiment, the arrows in FIGS. 1, 2 and 7 indicate the air flow guided from the upper surfaces of the intake pipe 16 and the combustion chamber 14 to the cavity 13b of the piston 13, and the tumble flow is generated counterclockwise. . Therefore, the inflow air is effectively mixed with the fuel injected from above.
[0042]
According to the second embodiment, the arrows in FIG. 12 indicate the air that has flowed into the combustion chamber, that is, into the cavity 13 b of the piston 13. The tumble flow occurs clockwise. Therefore, the inflowing air is effectively mixed with the fuel injected from above, and is ignited efficiently by the electrode 23a of the spark plug 23 for optimal combustion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a combustion chamber of a direct injection spark ignition engine in a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view showing the structure of the combustion chamber of the first embodiment of the present invention. 3 is a plan view of the combustion chamber according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side view showing fuel spray behavior immediately before the ignition timing in the combustion chamber of FIG. 1. FIG. FIG. 6 is a side view showing the behavior of the combustion spray colliding with the cavity. FIG. 6 is a side view showing the fuel spray behavior when there is no tumble flow during acceleration in the combustion chamber of FIG. Side view showing fuel spray behavior when tumble flow occurs during acceleration [Fig. 8] Characteristic diagram showing relationship between combustion stability and injection timing [Fig. 9] Characteristic showing relationship between operable range and optimum injection timing [Fig. 10] Flat top piston and curved cavity Comparison data of combustion or exhaust gas characteristics with a piston having a cylinder [Fig. 11] Comparison data showing difference in characteristics of combustion or exhaust gas with respect to tumble flow rotation direction and tumble ratio [Fig. 12] Second embodiment of the present invention FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the fuel injection end timing and the fuel injection amount in the prior art. FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the emission amount and the fuel injection timing. 15] Schematic diagram showing the combustion chamber of a prior art direct injection spark ignition engine
12b Combustion chamber top 12c Intake side pent roof surface 12d Exhaust side pent roof surface 13a Piston top surface 13b Cavity 14 Combustion chamber 15 Injector 16 Intake port 23 Spark plug 23a Electrode

Claims (7)

燃焼室のルーフに開口する吸気ポートを通過して供給される吸気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
上記燃焼室のルーフに開口されている上記吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して該排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
上記吸気ポートが上記排気ポート側のルーフに沿って吸気タンブル流を形成するように、上記排気ポート側のルーフへ傾斜し或いは該排気ポート側のルーフと平行に配設され、
ピストンの頂面に上記インジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに上記吸気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
上記吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
上記点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって上記吸気タンブル流及び上記ピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
In the combustion chamber structure of an in-cylinder direct injection spark ignition engine that generates a tumble flow in the intake air supplied through the intake port that opens to the roof of the combustion chamber,
Between the intake port and the exhaust port that are opened in the roof of the combustion chamber, an injector that is inclined by a first inclination angle toward the exhaust port side with respect to the axis of the cylinder is disposed,
Inclined to the exhaust port side roof or parallel to the exhaust port side roof so that the intake port forms an intake tumble flow along the exhaust port side roof,
A curved piston cavity is formed on the top surface of the piston to reflect the fuel spray injected from the injector together with the intake tumble flow toward the roof on the intake port side,
A spark plug is disposed on the roof on the intake port side,
An in-cylinder direct injection spark ignition engine characterized in that an electrode of the spark plug is located in the vicinity of the injection hole of the injector and at an outflow position of the fuel spray reflected by the intake tumble flow and the piston cavity. Combustion chamber structure.
燃焼室のルーフに開口する吸気ポートを通過して供給される吸気にタンブル流を生起させる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造において、
上記燃焼室のルーフに開口されている上記吸気ポートと排気ポートとの間に、シリンダの軸線に対して該排気ポート側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタが配設され、
上記吸気ポートが上記吸気をピストンへ直接衝突させて吸気タンブル流を形成するようにシリンダの軸線に対して第二の傾斜角だけ傾斜され、
ピストンの頂面に上記インジェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに上記排気ポート側のルーフ方向へ反射させる曲面形状のピストンキャビティが形成され、
上記吸気ポート側のルーフに点火プラグが配設され、
上記点火プラグの電極が上記インジェクタの噴孔近傍であって上記吸気タンブル流及び上記ピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位置に臨まされていることを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。
In the combustion chamber structure of an in-cylinder direct injection spark ignition engine that generates a tumble flow in the intake air supplied through the intake port that opens to the roof of the combustion chamber,
Between the intake port and the exhaust port that are opened in the roof of the combustion chamber, an injector that is inclined by a first inclination angle toward the exhaust port side with respect to the axis of the cylinder is disposed,
The intake port is inclined by a second inclination angle with respect to the axis of the cylinder so that the intake air directly collides with the piston to form an intake tumble flow;
A curved piston cavity is formed on the top surface of the piston to reflect the fuel spray injected from the injector along with the intake tumble flow toward the roof on the exhaust port side,
A spark plug is disposed on the roof on the intake port side,
An in-cylinder direct injection spark ignition engine characterized in that an electrode of the spark plug is located in the vicinity of the injection hole of the injector and at an outflow position of the fuel spray reflected by the intake tumble flow and the piston cavity. Combustion chamber structure.
上記第一の傾斜角は0〜20°の範囲にあることを特徴とする請求項1記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。  The combustion chamber structure of a direct injection type spark ignition engine according to claim 1, wherein the first inclination angle is in the range of 0 to 20 °. 上記第一の傾斜角は0〜−20°の範囲にあることを特徴とする請求項2記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。  The combustion chamber structure of an in-cylinder direct injection spark ignition engine according to claim 2, wherein the first inclination angle is in the range of 0 to -20 °. 上記吸気ポートが上記排気ポート側のルーフに対して平行を含む鋭角に配設され、該鋭角が0〜15°の範囲にあることを特徴とする請求項1或いは請求項3記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。  The in-cylinder straight according to claim 1 or 3, wherein the intake port is disposed at an acute angle including parallel to the roof on the exhaust port side, and the acute angle is in a range of 0 to 15 °. Combustion chamber structure of an injection spark ignition engine. 上記第二の傾斜角は0〜20°の範囲にあることを特徴とする請求項2或いは請求項4記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。  The combustion chamber structure of a direct injection type spark ignition engine according to claim 2 or 4, wherein the second inclination angle is in a range of 0 to 20 °. 上記タンブル流のエンジン1回転あたりの回転量を0.5〜1.7の範囲としたことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造。  The combustion chamber structure of a direct injection type spark ignition engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the amount of rotation of the tumble flow per engine rotation is in the range of 0.5 to 1.7. .
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